專利名稱：用于使汽車傳動系的電機運行的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使電機運行、尤其是用于為汽車的傳動系提供驅(qū)動功率的方法，其中電機借助多個相電流而被控制，該方法具有如下步驟:
-檢測電學(xué)量，借助所述電學(xué)量來控制由電機給出(abgeben)的轉(zhuǎn)矩，以及 -監(jiān)控轉(zhuǎn)矩。此外，本發(fā)明還涉及一種用于控制電機的控制設(shè)備，該控制設(shè)備被設(shè)立用于執(zhí)行這種方法，并且此外還涉及一種汽車傳動系，所述汽車傳動系具有至少一個用于提供驅(qū)動功率的電機和相關(guān)的控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
在汽車傳動技術(shù)的領(lǐng)域中，普遍公知的是，將電機用作唯一的驅(qū)動裝置(Antrieb)或者將電機與另一類型的驅(qū)動發(fā)動機(Antriebsmotor)共同地(混合驅(qū)動裝置)使用。在這樣的電動車輛或者混合動力車輛中，通常將電機用作驅(qū)動發(fā)動機。在此公知的是，關(guān)于要給出的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)這種傳動系的電機。力矩管理(Momentenmanagement)從駕駛員側(cè)獲得轉(zhuǎn)矩要求并且針對電機的調(diào)節(jié)回路產(chǎn)生期望轉(zhuǎn)矩(該期望轉(zhuǎn)矩可以等于駕駛員請求力矩(Fahrerwunschmoment),或者當(dāng)例如請求力矩的部分要由混合傳動系中的內(nèi)燃機來提供時，該期望轉(zhuǎn)矩可以小于駕駛員請求力矩)。此外，傳動系一般而言還包含蓄能器，例如為高壓電池形式的蓄能器。由蓄能器提供的直流電壓通常在包含逆變器的功率電子裝置中被重新調(diào)整成多個(通常為三個)相電流或相電壓。由電機給出的轉(zhuǎn)矩是所述相電流的函數(shù)。為了監(jiān)控轉(zhuǎn)矩，公知的是，在電機的控制設(shè)備中檢測相電流或其他由此導(dǎo)出的量(譬如橫向電流(Querstrom))。在監(jiān)控的情況下,在超過該電學(xué)量的允許的最大值時，觸發(fā)相對應(yīng)的故障響應(yīng)。該故障響應(yīng)例如可以在于針對汽車的駕駛員的顯示，然而優(yōu)選地在于切斷電機。在此，可發(fā)生不想要地觸發(fā)故障響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于使電機運行、尤其是用于為汽車的傳動系提供驅(qū)動功率的方法，其中電機借助多個相電流而被控制，該方法具有步驟:檢測表示由電機給出的轉(zhuǎn)矩的電學(xué)量，并且監(jiān)控轉(zhuǎn)矩、尤其是依據(jù)所檢測的電學(xué)量來監(jiān)控轉(zhuǎn)矩，其中在對轉(zhuǎn)矩的監(jiān)控時考慮電機的退化。電機尤其是可以被構(gòu)造為感應(yīng)式電機。此外，上述任務(wù)還通過用于控制電機、尤其是用于為汽車的傳動系提供驅(qū)動功率的控制設(shè)備來解決，其中該控制設(shè)備被設(shè)立用于執(zhí)行這種方法。最后，本發(fā)明還涉及一種汽車傳動系，該汽車傳動系具有至少一個用于提供驅(qū)動功率的電機和具有上面所描述的類型的控制設(shè)備。表示由電機給出的轉(zhuǎn)矩的電學(xué)量優(yōu)選地是借助其控制和/或調(diào)節(jié)由電機給出的轉(zhuǎn)矩的電學(xué)量、尤其是電流。
本發(fā)明的優(yōu)點 在電機的情況下，效率可隨著老化加重而劣化。這尤其是適于永久激勵的電機形式的電機、例如同步電機。在這種電機中所使用的永磁體遭受例如由于高溫、短期過電流等可被加速的老化過程。這導(dǎo)致了所使用的永磁體的部分去磁。由此，為了達到所要求的功率、尤其是為了達到所請求的轉(zhuǎn)矩而可需要提高耗用電流。
隨著電機退化加重而提高的耗用電流可導(dǎo)致:在監(jiān)控轉(zhuǎn)矩時觸發(fā)錯誤的故障響應(yīng)。
通過在監(jiān)控轉(zhuǎn)矩時考慮電機的退化的措施例如可能避免這樣的不想要的故障響應(yīng)。由此，可以提高電機或傳動系的可支配性。
尤其是，在未使用過的電機中可能設(shè)計用于監(jiān)控轉(zhuǎn)矩的最大邊界，使得可以避免不想要的過電流。由此，也可以延長電機的使用壽命。
在此特別優(yōu)選的是，至少一個監(jiān)控參數(shù)根據(jù)電機的退化被改變。在這種情況下，特別優(yōu)選的是，監(jiān)控參數(shù)是電學(xué)量的最大值或者是與此有關(guān)的值。
例如，最大值可以隨著電機的退化加重而被提高。由此可以實現(xiàn)在使用壽命開始時可以可靠地避免過電流，而不觸發(fā)不想要的故障響應(yīng)。隨著通常隨著消逝的運行持續(xù)時間而出現(xiàn)的退化加重，這種最大值接著可以被提高，因為為了達到確定的轉(zhuǎn)矩必須由電機吸收更高的電流。
根據(jù)另一總體優(yōu)選的實施形式，檢測至少一個另外的電學(xué)量，借助所述至少一個另外的電學(xué)量執(zhí)行對轉(zhuǎn)矩的冗余監(jiān)控。
由此可以實現(xiàn)的是，可以以更大的安全性觸發(fā)故障響應(yīng)。
一般而言，可能估計電機的退化。這例如可以通過將退化作為如下參數(shù)中的一個或多個的函數(shù)來調(diào)整而進行:(日歷上的時滯、電機的運行持續(xù)時間、在電流在閾值之上的情況下的電機的運行持續(xù)時間、在溫度在閾值之上的情況下的電機的運行持續(xù)時間、在轉(zhuǎn)矩在閾值之上的情況下的電機的運行持續(xù)時間)。
由此可能良好地估計電機的退化，并且依據(jù)其執(zhí)行對轉(zhuǎn)矩的監(jiān)控。
此外特別優(yōu)選的是，檢測至少一個另外的電學(xué)量，借助所述至少一個另外的電學(xué)量確定退化的量度(Mass)。
在該實施形式 中，對退化的估計不一定是必需的。更確切地說，通過分析其他電學(xué)量可能相對精確地確定退化。這優(yōu)選地通過趨勢分析(Tendenzanalyse)來進行。
在這種情況下優(yōu)選的是，根據(jù)所確定的電機退化量度來改變至少一個監(jiān)控參數(shù)。
此外總體上有利的是，至少一個相電流或者由此變換過的電機橫向電流作為電學(xué)量被檢測，和/或饋送給逆變器來產(chǎn)生相電流的直流電壓功率作為另外的電學(xué)量被檢測。
在電機退化時，如上面所提及的那樣，可發(fā)生永磁體的至少部分去磁。這導(dǎo)致，歐姆損耗(無功功率)升高而效率降低。當(dāng)電機利用相電流而被控制和/或被調(diào)節(jié)時，對電流或者由其導(dǎo)出的量的唯一的檢測可導(dǎo)致給出的轉(zhuǎn)矩由于退化而小于調(diào)節(jié)裝置所期待的轉(zhuǎn)矩。
在這樣的電流調(diào)節(jié)裝置中，相電壓降低，并且因此饋入到逆變器中的直流電壓功率也減小。直流電壓功率因此可以被用于依據(jù)相電流(或由其導(dǎo)出的量)對力矩監(jiān)控進行似然性檢驗(Plausibi Iisierung)。
此外總體上還有利的是，針對電機的多個運行點進行電學(xué)量和/或另外的電學(xué)量的檢測。由此可以依據(jù)由多個運行點得到的特性曲線族對轉(zhuǎn)矩進行監(jiān)控。這些運行點例如可以是電機轉(zhuǎn)速的函數(shù)或者是電機溫度的函數(shù)。


圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施形式的汽車傳動系；
圖2示意性地示出了對根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備的力矩監(jiān)控；
圖3示意性地示出了在電機運行時的功率通量；
圖4示意性地示出了損耗功率關(guān)于轉(zhuǎn)矩和關(guān)于轉(zhuǎn)動頻率的特性曲線族；以及 圖5示意性地示出了電機的損耗功率關(guān)于時間的曲線圖。
具體實施例方式在圖1中，汽車的傳動系大體上用10標(biāo)明。傳動系10具有電機形式的電機
12。電機優(yōu)選地是永久激勵的電機、尤其是同步電機。電機12的輸出軸14與差速器(Differenzial) 16連接，該差速器16將電機12的驅(qū)動功率分配到汽車的被驅(qū)動的車輪18L、18R上。輸出軸14以轉(zhuǎn)速η轉(zhuǎn)動并且提供轉(zhuǎn)矩T。

傳動系10可以被構(gòu)造為純的電傳動系，其中僅電機12提供驅(qū)動功率?？商鎿Q于此地，傳動系10也可以附加地具有其他電機和/或另一驅(qū)動發(fā)動機、如內(nèi)燃機，以便形成混合傳動系。在這種情況下應(yīng)理解的是，傳動系必要時還可以具有一個或多個分離離合器(Trennkupplung)以及分級或者無級變速器。為了控制電機12，設(shè)置有控制設(shè)備20?？刂圃O(shè)備20可以特別地針對電機12被設(shè)置，但是也可以是傳動系的上級控制設(shè)備的部分。此外，傳動系10還具有直流電壓供給22，該直流電壓供給22優(yōu)選地包含高壓電池。直流電壓供給22在其輸出極上提供直流電壓Udc并且可以提供電流IDC。具有逆變器24的功率電子裝置被連接到直流電壓供給22上。逆變器可以以本身公知的方式具有多個可控制的功率開關(guān)。這些功率開關(guān)借助控制設(shè)備20以脈寬調(diào)制方式被控制，以便電機12在發(fā)動機運行(Motorbetrieb)中在輸出軸14的確定轉(zhuǎn)速η的情況下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩Τ。逆變器24在這種情況下在其在三相上的輸出端上提供相應(yīng)的相電流Ia1、Ib1、Icd，所述相電流Ia1、Ib1、Ici流到電機12的定子繞組中。這些定子繞組在此優(yōu)選地按星形電路彼此連接?？刂圃O(shè)備20具有調(diào)節(jié)器26，該調(diào)節(jié)器26與換算單元28連接。期望轉(zhuǎn)矩Tst^被輸入到換算單元28中，該期望轉(zhuǎn)矩Tst^例如可以對應(yīng)于駕駛員請求力矩或者該力矩的部分(在混合行駛時)。在換算單元28中，期望轉(zhuǎn)矩Tst^被換算成期望橫向電流Iqs和期望縱向電流Ids。調(diào)節(jié)器26被設(shè)計用于對電機12執(zhí)行場定向的(feldorientiert)調(diào)節(jié)(也稱作向量調(diào)節(jié))。在這種情況下，空間指示器(例如電流指示器)運動，該空間指示器隨電機的輸出軸旋轉(zhuǎn)。換言之，為控制電機所需的相電流Ia、Ib、I。被換算到轉(zhuǎn)子固定的與電機12的磁場一起轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)系(所謂的dq系)中。在場定向的調(diào)節(jié)中，不是相電流而是接著調(diào)節(jié)以這種方式變換過的電流分量Id (縱向電流)和I,(橫向電流)。
相電流Ia、Ib、I。中的至少兩個作為實際值被測量并且被輸送給變換裝置30，該變換裝置30將相電流轉(zhuǎn)換為實際橫向電流Iqi和實際縱向電流Idi。實際值被輸入給調(diào)節(jié)器26。此外還應(yīng)理解的是，為了調(diào)節(jié)電機12可以是有意義的是也測量輸出軸14的轉(zhuǎn)速n并且將該轉(zhuǎn)速n輸入給調(diào)節(jié)器26，盡管這在圖1中未示出。
在調(diào)節(jié)器26中接著依據(jù)期望電流分量和實際電流分量來執(zhí)行調(diào)節(jié)算法，并且調(diào)節(jié)器26的輸出端與反變換裝置32連接，該反變換裝置32又將控制換算成電機12的相。控制信號接著被輸送給逆變器24。
控制設(shè)備20此外還包含監(jiān)控單元34，用于監(jiān)控由電機12給出的轉(zhuǎn)矩T。實際橫向電流Iqi被輸入到監(jiān)控裝置34中。此外，直流電壓Udc和直流電流Idc被輸入到監(jiān)控裝置34中，以便可以計算從逆變器24取出的直流電壓功率PDC。
監(jiān)控裝置34用于監(jiān)控由電機12給出的轉(zhuǎn)矩T是否超過允許的最大值。在該情況下，可以由監(jiān)控裝置34觸發(fā)故障響應(yīng)。該故障響應(yīng)例如可以是向其他控制設(shè)備顯示、通知和/或立即切斷電機12。
在圖2中示意性地示出了監(jiān)控裝置34。在交流監(jiān)控40的情況下斷定，表示由電機12給出的轉(zhuǎn)矩T的實際橫向電流Iqi是否超過允許的最大值。
由于監(jiān)控裝置34是安全相關(guān)的功能，所以優(yōu)選地進行交流監(jiān)控40的似然性檢驗。在這種情況下，首先在直流電流監(jiān)控44中計算直流電壓功率Pdc (Pdc=Idc*Udc)。交流監(jiān)控40的輸出和直流電流功率PD。被輸入給似然性檢驗裝置42。在似然性檢驗裝置42中，借助直流電壓電功率Pd。對實際橫向電流Iqi進行似然性檢驗。由此可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩T的冗余監(jiān)控。在此，有好處的是，在確定的運行點n、T中，在理想情況下始終存在相同的損耗功率Pv。這在圖3中示意性示出。逆變器24吸收直流電壓功率Pdc，并且由電機12在輸出軸14上給出機械功率Pm。在逆變器24中或在電機12中(并且必要時在線路中)形成在圖3中通過損耗功率Pv示出的損耗。適用:PM=PDe_Pv。
機械功率Pm由PM=2pi*n*T被算出。所給出的轉(zhuǎn)矩T因此根據(jù)T= (UDC*Idc-Pv)/2*pi*n而被算出。
在此，轉(zhuǎn)矩T是磁通量PHI和實際橫向電流Iqi的函數(shù)。
換言之，損耗功率Pv可以被計算成Pv=Udc*IDC_2*pi*n*T。
由于針對不同運行點n、T在理想情況下保持不變的損耗功率Pv因此可以通過計算直流電壓功率Pd。來確定:是否實際上提供由交流監(jiān)控40所確定的實際轉(zhuǎn)矩。
在圖4中闡明了損耗功率Pv關(guān)于轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n的特性曲線族或曲線圖(曲線圖46)。該曲線圖針對運行點Tpn1示出了預(yù)給定的損耗功率Pvi。
在電機中、尤其是在電機中，隨著退化加重，上述的特性可被改變。尤其是，可發(fā)生永久激勵的電機、尤其是同步電機的永磁體退化。永磁體的退化或老化可以由不同的機制引起。例如，由于過熱和/或短期過電流可發(fā)生所使用的永磁體的部分去磁。由此，電機的效率降低。由于調(diào)節(jié)器26在電流方面調(diào)節(jié)電機，所以即使電機退化也可以一如既往地調(diào)整所確定的相電流Ia、Ib、I。。但是，由于永磁體的退化只能將較小的功率從電系統(tǒng)變換到機械系統(tǒng)中。換言之，歐姆損耗(無功功率)升高。然而，這通常不是單獨地由交流監(jiān)控40識另IJ。然而，通過 似然性檢驗裝置42可以識別實際上較小的實際力矩T，因為電機12的耗用功率下降(相電壓降低)。似然性檢驗例程42如所述的那樣動用在圖2中同樣繪出的曲線圖或特性曲線族46。為了能夠一如既往地提供確定的轉(zhuǎn)矩T，為此提出的相電流Ia、Ib、I。必須隨著電機12的退化加重而升高。這導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的最大值可以在交流監(jiān)控40或似然性檢驗裝置42中從電機12的使用壽命開始被提高，以便從一開始預(yù)期隨著消逝的使用壽命要考慮的容差。然而，由此在相對高的電流的情況下，在使用壽命開始時可發(fā)生延遲觸發(fā)故障響應(yīng)。但是，當(dāng)監(jiān)控裝置34的最大值從開始針對未退化的電機12被調(diào)整時，隨著退化加重可發(fā)生故障響應(yīng)的提前的或不想要的觸發(fā)。如在圖2中所示，借助趨勢確定裝置48可以斷定電機12的退化是否已進行。在這種情況下，分別被確定的損耗功率Pv關(guān)于時間被繪出，例如在趨勢確定裝置48的存儲器50中被繪出。這樣的損耗功率Pv關(guān)于時間的繪圖在圖5中示出。損耗功率Pv的圖示在此對應(yīng)于確定的運行點(例如圖4的運行點PV1)。識別的是，在該運行點的損耗功率關(guān)于時間上升，這通過具有大于零的斜率的趨勢線(Tendenzlinie)52示出。一旦斷定不僅存在由于暫態(tài)引起的瞬時提高的損耗功率，而且實際上損耗功率隨趨勢上升，特性曲線族46就可以以合適的方式被匹配?？商鎿Q于此地或者對此附加地，監(jiān)控裝置34的最大值可以被匹配。然而，通過匹配損耗功率Pv的特性曲線族，似然性檢驗裝置42可以一如既往地利用相同的算法工作，其中電機12的退化被考慮。損耗功率的確定例如可以在每個行駛循環(huán)中進行(行駛循環(huán)從傳動系10的接通開始并且在傳動系10切斷的情況下結(jié)束)。只有當(dāng)在多個這種行駛循環(huán)上確認退化的趨勢時，才匹配特性曲線族46并且該特性曲線族46將來被用于執(zhí)行功率平衡計算(PM=PDe-Pv)。在圖5中，在Pvmax的情況下此外還示出了對應(yīng)于最大允許的退化的最大值。當(dāng)損耗功率Pv由于電機12的退化升高到該值之上時，給出故障報告或使電機12停止。此外，在似然性檢驗裝置42中也可以寄存退化的模型。特性曲線族46的新計算例如也可以根據(jù)溫度進行。例如，非常高的溫度可以是針對電機12的退化實際上已進行的標(biāo)志。不是依據(jù)最大值P·vmax，而是當(dāng)趨勢線52的變化率上升到確定的閾值之上時，那么可進行停止。在上述的實施形式中，電機12的退化通過似然性檢驗裝置42來確定，并且被用于更新特性曲線族46。然而，電機的退化也可以依據(jù)其他參數(shù)進行，例如依據(jù)常見的老化來進行，該老化可由如下因素得到:
-時滯(電機12越舊，則該電機12退化越多)，和/或 -運行持續(xù)時間(電機12被利用得越頻繁，則該電機退化越多)，
-其中也可以根據(jù)如下情況來檢測退化:電機在電流在閾值之上的情況下、在轉(zhuǎn)矩在閾值之上的情況下、在溫度在閾值之上的情況下和/或在轉(zhuǎn)速在閾值之上的情況下運行。如上面所提及的那樣，似然性檢驗裝置42可以借助直流電壓功率Pdc來工作。可替換地，可能監(jiān)控相電壓1、隊。、仏。。在電機12退化時，這些相電壓針對限定的工作點在相電流被調(diào)節(jié)時改變。應(yīng)理解的是，上述的描述大體上適用于相應(yīng)的運行點。然而也應(yīng)理解的是，上述的函數(shù)和例程也分別能夠針對多個運行點被執(zhí)行。此外，其他參數(shù)可以被一同包括在內(nèi)，例如在確定的運行點處的溫度等可以被一同包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于使電機(12)運行、尤其是用于為汽車的傳動系(10)提供驅(qū)動功率的方法，其中電機(12)借助多個相電流(Ia1、Ib1、Ici)被控制，該方法具有如下步驟: -檢測表示由電機(12)給出的轉(zhuǎn)矩(T)的電學(xué)量(Iqi)，以及 -監(jiān)控轉(zhuǎn)矩(T)， 其特征在于，在監(jiān)控轉(zhuǎn)矩(T)時考慮電機(12)的退化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個監(jiān)控參數(shù)(Iqmax；Pvmax)根據(jù)電機(12)的退化來改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，電學(xué)量(Iqi)的最大值(Iqmax)根據(jù)電機(12)的退化來改變。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，至少一個另外的電學(xué)量(Pd。)被檢測，借助所述至少一個另外的電學(xué)量(Pd。)執(zhí)行對轉(zhuǎn)矩(T)的冗余監(jiān)控。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，至少一個另外的電學(xué)量(Pd。)被檢測，借助所述至少一個另外的電學(xué)量 (Pdc)確定退化的量度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，至少一個監(jiān)控參數(shù)(Iqmax；Pvmax)根據(jù)電機(12)的所確定的退化量度來改變。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，電機(12)的至少一個相電流(Iai,Ibi> Ici)或者由此變換過的橫向電流(Iqi)作為電學(xué)量被檢測，和/或饋送給逆變器(24)來產(chǎn)生相電流(Ia1、Ibi> Ici)的直流電壓功率(Pv)作為另外的電學(xué)量被檢測。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，針對電機(12)的多個運行點對所述電學(xué)量(Iqi)和/或另外的電學(xué)量(Pdc)進行檢測。
9.一種用于控制電機(12)、尤其是用于為汽車的傳動系提供驅(qū)動功率(10)的控制設(shè)備(34)，其中所述控制設(shè)備(34)被設(shè)立用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方法。
10.一種汽車傳動系(10)，其具有至少一個用于提供驅(qū)動功率的電機(12)和具有根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制設(shè)備(34)。
全文摘要
一種用于使電機(12)運行、尤其是用于為汽車的傳動系(10)提供驅(qū)動功率的方法，其中電機(12)借助多個相電流(Iai、Ibi、Ici)而被控制，該方法具有如下步驟檢測表示由電機(12)給出的轉(zhuǎn)矩(T)的電學(xué)量(Iqi)；以及監(jiān)控轉(zhuǎn)矩(T)。在此，在監(jiān)控轉(zhuǎn)矩(T)時考慮電機(12)的退化。
文檔編號H02P29/02GK103238273SQ201180058524
公開日2013年8月7日 申請日期2011年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者H.尼曼, R.施萊澤, A.海爾, D.坎特 申請人:羅伯特·博世有限公司